Kasvaimen "suojakilven" muuttaminen aseeksi kasvainta itseään vastaan.

Peter Insio Wangin mukaan kasvainsolut ovat "viekkaita". Niillä on synkkiä tapoja välttää ihmisen immuunivasteita, jotka taistelevat näitä syöpähyökkääjiä vastaan. Kasvainsolut ilmentävät ohjelmoidun kuoleman ligandi 1:n (PD-L1) molekyylejä, jotka toimivat suojakilpenä ja tukahduttavat immuunisolujamme luoden esteen kohdennetuille syöpäimmunoterapioille.

Wang, biolääketieteen tekniikan Alfred E. Mannin professuuri ja Dwight C. ja Hildagard E. Baumin professuuri biolääketieteen tekniikassa, johtaa laboratoriota, joka on omistettu uraauurtavalle tutkimukselle ihmisen immuunijärjestelmää valjastavista suunnitelluista immunoterapioista tulevaisuuden syövän vastaisen arsenaalin luomiseksi.

Wangin laboratorion tutkijat ovat kehittäneet uuden lähestymistavan, joka kääntää kasvainsolun salakavalat puolustusmekanismit itseään vastaan, muuttaen nämä "suojamolekyylit" kohteiksi Wangin laboratoriossa kehitetyille kimeerisille antigeenireseptori (CAR) T-soluille, jotka on ohjelmoitu hyökkäämään syöpää vastaan.

Wangin laboratorion postdoc-tutkija Lingshan Zhu yhdessä Wangin, tutkija Longwei Liun ja heidän kanssakirjoittajiensa kanssa suoritettu työ julkaistiin ACS Nano -lehdessä.

CAR-T-soluhoito on mullistava syöpähoito, jossa potilaasta poistetaan T-soluja, eräänlaisia valkosoluja, ja niille annetaan ainutlaatuinen kimeerinen antigeenireseptori (CAR). CAR sitoutuu syöpäsoluihin liittyviin antigeeneihin ja ohjaa T-soluja tappamaan syöpäsoluja.

Wangin laboratorion uusin työ on CAR T-soluille suunniteltu monobody, jota tiimi kutsuu PDbodyksi. Se sitoutuu syöpäsolun PD-L1-proteiiniin, jolloin CAR tunnistaa kasvainsolun ja estää sen puolustusmekanismit.

"Ajattele CARia oikeana autona. Siinä on moottori ja bensiini. Mutta siinä on myös jarru. Pohjimmiltaan moottori ja bensiini työntävät CAR T:tä eteenpäin ja tappavat kasvaimen. Mutta PD-L1 toimii jarruna, joka pysäyttää sen", Wang sanoi.

Tässä työssä Zhu, Liu, Wang ja tiimi suunnittelivat T-soluja estämään tämän estävän "jarru"-mekanismin ja tekemään PD-L1-molekyylistä tuhoamiskohteen.

"Tämä kimeerinen PDbody-CAR-molekyyli voi saada CAR T-solumme hyökkäämään kasvainta vastaan, tunnistamaan sen ja tappamaan sen. Samalla se estää kasvainsolua pysäyttämästä CAR T-solujen hyökkäystä. Tällä tavoin CAR T-solumme ovat tehokkaampia", Wang sanoi.

CAR-T-soluhoito on tehokkainta "märkien" syöpien, kuten leukemian, hoidossa. Tutkijoiden haasteena on ollut kehittää edistyneitä CAR-T-soluja, jotka pystyvät erottamaan syöpäsolut terveistä soluista.

Wangin laboratorio tutkii tapoja kohdistaa teknologia kasvaimiin siten, että CAR T-solut aktivoituvat kasvainkohdassa vaikuttamatta terveeseen kudokseen.

Tässä työssä tiimi keskittyi erittäin invasiiviseen rintasyöpämuotoon , joka ilmentää PD-L1-proteiinia. PD-L1:tä ilmentävät kuitenkin myös muuntyyppiset solut. Niinpä tutkijat tarkastelivat ainutlaatuista kasvaimen mikroympäristöä – kasvainta välittömästi ympäröiviä soluja ja matriiseja – varmistaakseen, että heidän suunnittelemansa PDbody-molekyyli sitoutuisi spesifisemmin syöpäsoluihin.

"Tiedämme, että kasvaimen mikroympäristön pH on suhteellisen alhainen – se on hieman hapan", Zhu sanoi. "Siksi halusimme, että PD-bodyllamme olisi parempi sitoutumiskyky happamassa mikroympäristössä, mikä auttaisi PD-bodyamme erottamaan kasvainsolut muista ympäröivistä soluista."

Hoidon tarkkuuden parantamiseksi tiimi käytti SynNotch-nimistä geneettistä "porttijärjestelmää", joka varmistaa, että PDbody-proteiinia sisältävät CAR T-solut hyökkäävät vain syöpäsoluja vastaan, jotka ilmentävät CD19-proteiinia, mikä vähentää terveiden solujen vaurioitumisriskiä.

"Yksinkertaisesti sanottuna T-solut aktivoituvat vain kasvainkohdassa tämän SynNotch-porttijärjestelmän ansiosta", Zhu sanoi. "pH-arvo ei ole ainoastaan happamampi, vaan kasvainsolun pinta määrää, aktivoituvatko T-solut, mikä antaa meille kaksi kontrollitasoa."

Zhu huomautti, että tiimi käytti hiirimallia, ja tulokset osoittivat, että SynNotch-porttijärjestelmä ohjaa PDbody-soluja sisältäviä CAR T-soluja aktivoitumaan vain kasvainkohdassa, tappaen kasvainsolut ja pysyen turvassa eläimen muille osille.

Evoluutiosta inspiroitunut prosessi PDbodyn luomiseksi

Tiimi käytti laskennallisia menetelmiä ja sai inspiraatiota evoluutioprosessista luodakseen erikoistuneita PD-bodyjaan. Ohjattu evoluutio on biolääketieteen tekniikassa käytetty prosessi, jolla jäljitellään luonnonvalinnan prosessia laboratorioympäristössä.

Tutkijat loivat suunnatun evoluutioalustan, jossa oli valtava kirjasto suunnitellun proteiinin iteraatioista, selvittääkseen, mikä versio saattaisi olla tehokkain.

"Meidän piti luoda jotain, joka tunnistaisi PD-L1:n kasvaimen pinnalla", Wang sanoi.

"Käyttämällä suunnattua evoluutiota valitsimme suuren määrän erilaisia monobody-mutaatioita valitaksemme, mikä niistä sitoutuisi PD-L1:een. Valitulla versiolla on nämä ominaisuudet, jotka pystyvät paitsi tunnistamaan kasvaimen PD-L1:n, myös estämään sen jarrumekanismin ja ohjaamaan sitten CAR T-solun kasvaimen pinnalle hyökkäämään ja tappamaan kasvainsoluja."

"Kuvittele, jos haluaisit löytää merestä hyvin tietyn kalan – se olisi todella vaikeaa", Liu sanoi. "Mutta nyt kehittämämme suunnatun evoluution alustan avulla meillä on tapa kalastaa esiin nämä spesifiset proteiinit, joilla on oikea funktio."

Tutkimusryhmä selvittää parhaillaan, miten proteiineja voidaan optimoida entistä tarkempien ja tehokkaampien CAR T -solujen luomiseksi ennen niiden siirtymistä kliinisiin sovelluksiin. Tähän sisältyy myös proteiinien integrointi Wangin laboratorion uraauurtaviin ultraäänisovelluksiin, joilla CAR T -soluja voidaan etäohjata siten, että ne aktivoituvat vain kasvainkohdissa.

"Meillä on nyt kaikki nämä geneettiset työkalut näiden immuunisolujen manipulointiin, kontrollointiin ja ohjelmointiin, jotta niillä olisi niin paljon voimaa ja toimintoja", Wang sanoi. "Toivomme luovamme uusia tapoja ohjata niiden toimintaa erityisen haastavissa kiinteiden kasvainten hoidoissa."